《太陽能電池.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《太陽能電池.ppt（39頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、太陽能電池原理及太陽能電池原理及表征參數(shù)表征參數(shù)報告人報告人 趙明宇趙明宇主要內(nèi)容主要內(nèi)容v太陽能電池的發(fā)展歷史太陽能電池的發(fā)展歷史 v太陽能電池市場狀況及趨勢太陽能電池市場狀況及趨勢 v太陽能電池定義和分類太陽能電池定義和分類v太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理v太陽能電池表征參數(shù)太陽能電池表征參數(shù)v太陽能電池的應(yīng)用太陽能電池的應(yīng)用 1.太陽能電池的發(fā)展歷史太陽能電池的發(fā)展歷史 1954 1954年世界第一塊實用化太陽能電池在美國貝爾實驗室問世，幷首先應(yīng)年世界第一塊實用化太陽能電池在美國貝爾實驗室問世，幷首先應(yīng)用于空間技術(shù)。當時太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為用于空間技術(shù)。當時太陽能

2、電池的轉(zhuǎn)換效率為8 8。19731973年世界爆發(fā)石年世界爆發(fā)石油危機，從此之后，人們普遍對于太陽能電池關(guān)注，近油危機，從此之后，人們普遍對于太陽能電池關(guān)注，近1010幾年來，隨著幾年來，隨著世界能源短缺和環(huán)境污染等問題日趨嚴重，太陽能電池的清潔性、安全世界能源短缺和環(huán)境污染等問題日趨嚴重，太陽能電池的清潔性、安全性、長壽命，免維護以及資源可再生性等優(yōu)點更加顯現(xiàn)。一些發(fā)達國家性、長壽命，免維護以及資源可再生性等優(yōu)點更加顯現(xiàn)。一些發(fā)達國家制定了一系列鼓舞光伏發(fā)電的優(yōu)惠政策，幷實施龐大的光伏工程計劃，制定了一系列鼓舞光伏發(fā)電的優(yōu)惠政策，幷實施龐大的光伏工程計劃，為太陽能電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展機遇

3、和巨大的市場空間，太陽能電為太陽能電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展機遇和巨大的市場空間，太陽能電池產(chǎn)業(yè)進入了高速發(fā)展時期，幷帶動了上游多晶硅材料業(yè)和下游太陽能池產(chǎn)業(yè)進入了高速發(fā)展時期，幷帶動了上游多晶硅材料業(yè)和下游太陽能電池設(shè)備業(yè)的發(fā)展。在電池設(shè)備業(yè)的發(fā)展。在1997199720062006年的年的1010年中，世界光伏產(chǎn)業(yè)擴大了年中，世界光伏產(chǎn)業(yè)擴大了2020倍，今后倍，今后1010年世界光伏產(chǎn)業(yè)仍以每年年世界光伏產(chǎn)業(yè)仍以每年3030以上的增長速度發(fā)展。以上的增長速度發(fā)展。世界太陽能電池發(fā)展的主要節(jié)點世界太陽能電池發(fā)展的主要節(jié)點v1954 美國貝爾實驗室發(fā)明單晶硅太陽能電池，效率為美國貝爾實驗室發(fā)明

4、單晶硅太陽能電池，效率為6v1955 第一個第一個光伏航標燈光伏航標燈問世，美國問世，美國RCA發(fā)明發(fā)明Ga As太陽能電池太陽能電池v1958 太陽能電池首次裝備于美國先鋒太陽能電池首次裝備于美國先鋒1號衛(wèi)星，轉(zhuǎn)換效率為號衛(wèi)星，轉(zhuǎn)換效率為8。v1959 第一個單晶硅太陽能電池問世。第一個單晶硅太陽能電池問世。v1960 太陽能電池首次實現(xiàn)太陽能電池首次實現(xiàn)并網(wǎng)并網(wǎng)運行。運行。v1974 突破反射絨面技術(shù)，硅太陽能電池效率達到突破反射絨面技術(shù)，硅太陽能電池效率達到18。v1975 非晶硅及帶硅太陽能電池問世非晶硅及帶硅太陽能電池問世v1978 美國建成美國建成100KW光伏電站光伏電站v198

5、0 單晶硅太陽能電池效率達到單晶硅太陽能電池效率達到20多晶硅為多晶硅為14.5，Ga As為為22.5v1986 美國建成美國建成6.5KW光伏電站光伏電站v1990 德國提出德國提出“2000光伏屋頂計劃光伏屋頂計劃”v1995 高效聚光高效聚光Ga As太陽能電池問世，效率達太陽能電池問世，效率達32。v1997 美國提出美國提出“克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計劃，日本提出克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計劃，日本提出“新陽光計新陽光計劃劃”v1998 單晶硅太陽能電池效率達到單晶硅太陽能電池效率達到24.7，荷蘭提出，荷蘭提出“百萬光伏屋頂計劃百萬光伏屋頂計劃”v2000 世界太陽能電池總產(chǎn)量達世

6、界太陽能電池總產(chǎn)量達287MW，歐洲計劃，歐洲計劃2010年生產(chǎn)年生產(chǎn)60億瓦光伏億瓦光伏電池電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及工作原理光伏航標燈2.太陽能電池市場狀況及趨勢太陽能電池市場狀況及趨勢2.1 太陽能電池的市場狀況太陽能電池的市場狀況1998年以前，單晶硅電池占世界光伏生產(chǎn)的主導(dǎo)地位其次是多晶硅電池。從1998年開始，多晶硅電池開始超過單晶硅躍居第一。非晶硅從20世紀80年代初開始商業(yè)化生產(chǎn)，但由于效率低和光衰減問題，市場份額增加不快。CdTe電池從20世紀80年代中期開始商業(yè)化生產(chǎn)，市場份額增加緩慢，除技術(shù)因素外，人們對Cd的毒性的疑慮也是原因之一。2.2太陽電池的未來發(fā)展趨勢太陽電池的未來發(fā)展

7、趨勢 2.2.1 商業(yè)化趨勢商業(yè)化趨勢v 1998年以前，單晶硅電池占市場主導(dǎo)地位，其次是多晶硅年以前，單晶硅電池占市場主導(dǎo)地位，其次是多晶硅電池。電池。v 從從1998年起，多晶硅電池開始超過單晶硅躍居第一。年起，多晶硅電池開始超過單晶硅躍居第一。v非晶硅從非晶硅從80年代初開始商業(yè)化，由于效率低和光衰減問題，年代初開始商業(yè)化，由于效率低和光衰減問題，市場份額先高后低。市場份額先高后低。v CdTe電池從電池從80年代中期開始商業(yè)化生產(chǎn)，市場份額增加緩年代中期開始商業(yè)化生產(chǎn)，市場份額增加緩慢，慢，Cd的毒性是原因之一；的毒性是原因之一； 20012001、20022002年各種電池的市場份額

8、和開始商業(yè)化時間年各種電池的市場份額和開始商業(yè)化時間. .電池技術(shù)市場份額 %商業(yè)化時間單晶硅35.1329.46 70初(地面應(yīng)用)多晶硅47.3354.44 70年代末非晶硅8.625.580年代初A-Si/c-Si(n)4.615.990年代末帶硅3.483.380年代中薄硅/陶瓷0.260.390年代中CdTe0.390.380年代中CIS0.18/00年代初2.2.2 技術(shù)發(fā)展趨勢技術(shù)發(fā)展趨勢2.2.2.1 硅基電池硅基電池:v 硅是地球上豐度第二大元素，資源豐富硅是地球上豐度第二大元素，資源豐富(以石英砂以石英砂形式存在形式存在)；v 環(huán)境友好；環(huán)境友好；v 電池效率高，性能穩(wěn)定；

9、電池效率高，性能穩(wěn)定；v 工藝基礎(chǔ)成熟。工藝基礎(chǔ)成熟。v 硅基電池是目前光伏界研究開發(fā)的重點、熱點晶硅硅基電池是目前光伏界研究開發(fā)的重點、熱點晶硅電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù) 硅基薄膜電池硅基薄膜電池研究開發(fā)方向：研究開發(fā)方向：晶硅電池晶硅電池: 提高電池提高電池/組件效率組件效率高效鈍化技術(shù)：高效鈍化技術(shù)：TiO2，SiNx, H、SiO2, a-Si 。高效陷光技術(shù)：減反射，表面織構(gòu)化，背反射等，高效陷光技術(shù)：減反射，表面織構(gòu)化，背反射等，選擇性發(fā)射區(qū)選擇性發(fā)射區(qū)(前前)，背表面場背表面場(BSF)，細柵或者單面技術(shù)，細柵或者單面技術(shù)， 高效封裝技術(shù)最佳封裝材料的折射率等。高效封裝技術(shù)

10、最佳封裝材料的折射率等。簡化、改進工藝自動化、環(huán)保、低成本；簡化、改進工藝自動化、環(huán)保、低成本； 如硅片如硅片薄化及其工藝，薄化及其工藝， 材料的國產(chǎn)化和提高性能；材料的國產(chǎn)化和提高性能； 硅基薄膜電池硅基薄膜電池 低溫過程低溫過程(PECVD) 900,多晶硅基薄膜電池，廉價襯底；多晶硅基薄膜電池，廉價襯底； 2.2.2.2 2.2.2.2 化合物電池化合物電池v CIGS CIGS 電池：提高效率，大面積重復(fù)性，電池：提高效率，大面積重復(fù)性，S S代代SeSev CdTe CdTe電池：提高效率，大面積重復(fù)性電池：提高效率，大面積重復(fù)性v GratzelGratzel電池電池 高效染料，固

11、體或準固態(tài)電高效染料，固體或準固態(tài)電 解質(zhì)，解質(zhì)，提高效率，大面積重復(fù)性提高效率，大面積重復(fù)性v 有機電池有機電池 高效電子受體高效電子受體 和給體以及材料，提和給體以及材料，提高效率高效率 3.3.新型概念電池：量子點、量子阱電池，中間帶新型概念電池：量子點、量子阱電池，中間帶 光伏電池，帶隙遞變迭層電池等，尚處在理論探索、光伏電池，帶隙遞變迭層電池等，尚處在理論探索、概念研究和驗證階段概念研究和驗證階段。3.太陽能電池定義和分類太陽能電池定義和分類 太陽能電池，太陽能電池，又稱光伏器件又稱光伏器件，是一種利用光是一種利用光生伏特效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?。它是生伏特效?yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠?/p>

12、件。它是太陽能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)和核心。太陽能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)和核心。太陽能電池分類太陽能電池分類按結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)分類分類同質(zhì)結(jié)同質(zhì)結(jié)太陽電池太陽電池異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)太陽電池太陽電池肖特基肖特基太陽電池太陽電池按材料按材料分類分類硅太陽硅太陽電池電池敏化納米晶敏化納米晶太陽電池太陽電池有機化合物有機化合物太陽電池太陽電池塑料塑料太陽電池太陽電池?zé)o機化合物無機化合物半導(dǎo)體半導(dǎo)體太陽電池太陽電池4.太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理太陽能電池的結(jié)構(gòu)太陽能電池發(fā)電原理太陽電池的表征參數(shù)太陽電池的表征參數(shù)太陽電池的工作原理是基于光伏效應(yīng)。當光照射太陽電池時，將產(chǎn)生一個由n區(qū)到p區(qū)的光光生電流生電流

13、Iph。同時,由于pn結(jié)二極管的特性，存在正向二極管電流ID ,此電流方向從p區(qū)到n區(qū)，與光生電流相反。因此,實際獲得的電流I為 1exp0TnkqVIIIIIBDphDphv當太陽電池的輸出端短路時，V = 0 （VD0），得短路電流短路電流即太陽電池的短路電流等于光生電流，與入射光的強度成正比。 當太陽電池的輸出端開路時，I = 0，得開路電壓開路電壓phscII1ln0IIqTnkVscBocv當太陽電池接上負載R時，所得的負載伏安特性曲線如圖所示。VocVmImIscIVRm1太陽電池的伏安特性曲線v負載R可以從零到無窮大。當負載Rm使太陽電池的功率輸出為最大時，它對應(yīng)的最大功率最大功

14、率Pm為式中 Im 和 Vm 分別為最佳工作電流最佳工作電流和最佳工最佳工作電壓作電壓。mmmVIP v將Voc與Isc的乘積與最大功率Pm之比定義為填填充因子充因子FF，則 FF為太陽電池的重要表征參數(shù)，F(xiàn)F愈大則輸出的功率愈高。FF取決于入射光強、材料的禁帶寬度、理想系數(shù)、串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻等。scocmmscocmIVIVIVPFFv太陽電池的轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率定義為太陽電池的最大輸出功率與照射到太陽電池的總輻射能Pin之比，即%100inmPP6.6.太陽能電池的應(yīng)用太陽能電池的應(yīng)用 上世紀上世紀6060年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽電池應(yīng)用于空間技年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽電池應(yīng)用于空間技

15、術(shù)術(shù)通信衛(wèi)星供電，上世紀末，在人類不斷自我反省的過通信衛(wèi)星供電，上世紀末，在人類不斷自我反省的過程中，對于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加程中，對于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。如：太親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。如：太陽能庭院燈、太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng)、村寨供電的獨立系統(tǒng)、陽能庭院燈、太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng)、村寨供電的獨立系統(tǒng)、光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標、高速護、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、

16、城鎮(zhèn)中路標、高速公路路標等。歐美等先進國家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)公路路標等。歐美等先進國家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽電池與及邊遠地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽電池與建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢 v用戶太陽能電源用戶太陽能電源1.1.小型電源小型電源10-100W10-100W不等，用于邊遠無電地區(qū)如高原、不等，用于邊遠無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等電視、收錄機等 太陽能電源太陽能電源 太陽能逆變器太陽能逆變器2.

17、 3-5KW2. 3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；3.3.光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉v 交通領(lǐng)域交通領(lǐng)域 如航標燈、交通如航標燈、交通/ /鐵路信號燈、交通警示鐵路信號燈、交通警示/ /標志燈、標志燈、路燈、高空障礙燈、高速公路路燈、高空障礙燈、高速公路/ /鐵路無線電話亭、鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。無人值守道班供電等。v通訊通訊/ /通信領(lǐng)域通信領(lǐng)域 太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/ /通訊通訊/ /尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)

18、村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機、士兵型通信機、士兵GPSGPS供電等。供電等。v石油、海洋、氣象領(lǐng)域石油、海洋、氣象領(lǐng)域 石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統(tǒng)、石石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應(yīng)急電源、海洋檢測設(shè)備、氣象油鉆井平臺生活及應(yīng)急電源、海洋檢測設(shè)備、氣象/ /水文觀測設(shè)備等水文觀測設(shè)備等 風(fēng)云三號氣象衛(wèi)星的太陽能電池風(fēng)云三號氣象衛(wèi)星的太陽能電池海洋氣象監(jiān)測標 v家庭燈具電源家庭燈具電源如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。v光伏電站光伏電站10KW-50MW10KW-50MW獨立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補電站、各獨立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。種大型停車廠充電站等。謝謝觀看